Taybetmendiyên performansa panela sandwich kef alûmînyûmê fîber karbonê-sifir-dakirî li gorî panela sandwich kef a aluminiumê ya kevneşopî

sandwich kef aluminiumPanelên (AFS) xwedan yekbûnek taybetmendiyên avahî û fonksiyonel e, yên wekî dendika kêm, hêza taybetî ya bilind, vegirtina enerjiyê ya guncan, kapasîteya şilkirinê, û parastina elektromagnetîk. Van taybetmendiyên hêja dihêle ku AFS di warên hewa, veguheztin û deryayê de xwedî potansiyelek mezin be. Li gorî kefên hema hema metal, lewheyên metalîkî yên derveyî yên AFS dikarin bi bandor kefê mor bikin û taybetmendiyên wê yên mekanîkî yên berfireh, wek hêza tansiyon û kêşanê, baştir bikin. Bi gelemperî, AFS bi rêbaza girêdana adhesive hate çêkirin, ku tê de kefek aluminiumê bi panelên metal ên zexm ve girêdide ku bi karanîna çîpek epoksî ve girêdayî ye.

Her çend rêbaza girêdana zeliqandinê bi bandor şilkirina avahîsaziyê zêde dike, ew bi sînoran re, di nav de kêşeyên di vezîvirandinê de û gumanbariya têkçûna delamînasyonê di bin germahiya bilind an şert û mercên korozyonê de. Ji bo çareserkirina van sînoran, hewildanên lêkolînê yên berfireh ji bo bidestxistina girêdana metalurjîk di navbera panel û qata bingehîn de hatine veqetandin.

Heya nuha, rêbazên amadekirina serdest ji bo AFS-ê ku bi mebesta bidestxistina girêdana metalurjîk têne armanc kirin, bi gelemperî di sê kategoriyan de têne dabeş kirin: welding, kefkirina helandinê, û rêbaza metalurjiyê ya tozê ya pakkirinê. Di nav van rêbazan de, rêbaza metalurjiyê ya toza pakkirinê ji bo kontrolkirina strukturên porê û bidestxistina kefbûna germahiya nizm wekî çêtir tê hesibandin. Xebata meya berê vê teknolojiyê bikar anî da ku AFS-yên mezin bi taybetmendiyên berfirehkirina çêtir û avahiya hucreyî ya ji bo sepanên pîşesaziyê çêbike.

Lêbelê, ji ber taybetmendiyên mekanîkî yên pêçandî yên nisbeten kêm ên navika kefîkê, başkirina hêza mekanîkî ya AFS sînordar e, ji ber vê yekê baştirkirina bêtir hêza bingeha kef ji bo AFS-ê pir girîng e.

Heya nuha, rêbazên hevpar hatine ragihandin ku taybetmendiyên mekanîkî yên pêçandî çêtir dikinkef aluminiumev in: tedawiya rûxarê, dermankirina germê, û bi zêdekirina parçikan, fiberan, hêmanên alloykirinê û hwd. Digel vê yekê, metalîzasyona rûkal a fîberên karbonê, bi elektroplîkkirin an lêkirina kîmyewî, mîna çîpkirina sifir an nikelê, şilbûna fîberên karbonê di helîna aluminiumê de bêtir çêtir dike û ji reaksiyonên navbeynkariya zirardar ên di navbera fîberên karbonê û helîna aluminiumê de dûr dikeve. Fibera karbonê ya kurt naha bi berfirehî tê bikar anîn da ku pêkhateyên matrixê yên aluminiumê xurt bikin.

Bhav Singhetal. fîberên karbonê yên bi sifir hatine amadekirin, pêkhateyên matrixê yên aluminiumê bi rêbaza avêtina tevlihevkirinê xurt kirin. Muetal. pêkhateyên matrixa alumînyûmê yên çêkirî yên ku bi fîberên karbonê yên nikel-pêçayî bi karanîna rêbaza avêtina du-roll ve hatine bihêz kirin. Encam bi lêzêdekirina fîberên karbonê re di hêza tansiyonê ya pêkhateyan de pêşkeftinek girîng nîşan da. Lêbelê, lêkolînek sînorkirî li ser hatiye kirinkef aluminium xurtkirîbi fîberên karbonê yên sifir pêçandî. Caoetal. yekem car fîberên karbonê yên bi sifir hatine amade kirin kef aluminiumê bi rêbaza kefkirina helandinê xurt kirin. Encam destnîşan dikin ku 0,35 vol% Cf dikare bi pêşîlêgirtina şikestina fîlima şil ve kefiya aluminium aram bike, û hêjmara fîberên ku li kefê hatine zêdekirin aramtir e. Muetal. destnîşan kir ku taybetmendiyên şilkirinê yên kefên aluminiumê yên ku bi rêbaza kefkirina helandinê hatî amadekirin bi lêzêdekirina Cf re bi girîngî baştir bûne.

Li gorî vê yekê, meriv dikare were encamdan ku lêzêdekirina Cf dikare bibe stratejiyek bi bandor ku di heman demê de aramiya kef û taybetmendiyên mekanîkî çêtir bike.kefên aluminium. Digel vê yekê, ti rapor li ser fîberên karbonê yên sifir ên pêçandî yên sandwîçên kefên aluminiumê yên ku bi rêbaza metalurjiya toz hatine amade kirin, tune ne, ku lêkolîneran teşwîq dike ku di vî warî de lêkolînên kûrtir bikin.

Gelek lêkolîn li ser mekanîzmaya nûkleerî û aramiya wê hatine kirinkefên aluminiumbi lêzêdekirina qonaxên xurtkirinê. Cûdahiya di hejmara pore û morfolojiya pore de,

wek mezinahî, belavkirin, û şekil, bi gelemperî ji mekanîzmayên nucleasyon û aramiyê têne hesibandin. Bandorên nûjenkirina heterojen û mekanîzmayên stabilîzasyona tora oksîdê di pergala metalurjiya toz de bi berfirehî hatine lêkolîn kirin. Tozên alemê çaremîn ên ku ji Al-Si-Mg-Cu pêk tên ku di vê kaxezê de hatine bikar anîn, rêjeyên berfirehbûna awarte û germahiyên kefkirinê yên kêm, bi germahiya solidus 507 ◦C û germahiya liquidus 596 ◦C nîşan didin. Digel vê yekê, di derheqê mekanîzmaya nucleasyonê, aramî, û taybetmendiyên mekanîkî yên pêçandî yên kompakteyên toz ên ku vê pêkhateya alloyê ya taybetî vedihewîne, kêmasiyek lêkolînê heye, nemaze dema ku Cf tê de vedihewîne. Di xebatên berê de, vekolînên mekanîzmayên navokî û stabilîzasyonê di serî de bi rêbazên ne-li cîhê ve hatin kirin, ku tê de analîza tomografîk a nimûneyên ku bi lez û bez piştî qutbûna kefiyê sar bûn, hatin kirin. Mixabin, navokiya bilbilê ya binî mîkron di serî de di dema germkirina pêşgotinê de çêdibe û di navberên demkî yên ku ji 100 ms heya 1 seqeyan pêk tê de zû berfireh dibe, bi gelemperî ji bo çavdêriya di dema rast de dijwariyan pêşkêş dike. Teknîka nîgarkirina tîrêjê ya tîrêjê ya tîrêjê ya synchrotron ya nûjen xwedan enerjiyek bilind û çareseriya cîhê-demî ye, ku rê dide çavdêriya rast-dem, li cîhê nûkleerî û mezinbûna kefên aluminiumê di germahiyên bilind de. Heya nuha, tenê lêkolînerên tixûbî kînetîka kefxwarinê ya toza alloyeya Al-Si-Mg ji hêla tîrêjên synchrotron ve keşif kirine. Mînakî, García-Morenoetal. diyardeyên dînamîkî yên girîng ên di kefa aluminiumê ya şil de, di nav de navokîkirin û mezinbûn, ji nû vesazkirina bulbikê, paşvekişandina şilavê, kombûn, û şikestina fîlimê de ragihand. Kamm et al. li ser navokîkirin û mezinbûna kefên aluminiumê AlSi8Mg4 ji hêla tîrêjên synchrotron ve lêkolîn kir. Encamên wan destnîşan kirin ku hîdrojena ku bi hilweşandina adsorbatên li ser rûyê toza metalê ve hatî çêkirin, mekanîzmayek din a navokî ya girîng temsîl dike. Lêbelê, danûstendina di navbera pêkhateyên pêşîn de tevlihev e, û dînamîkên kefkirinê dikare ji pêkhateya wan ve were bandor kirin. Hem ji bo pergala toza Al-Si-Cu-Mg û hem jî ji bo pergala toza Al-Si-Cu-Mg bi Cf-ya zêdekirî, têgihîştin û vekolîna destpêk û mezinbûna kefa metalê ji bo pêşkeftina avahîsaziya bêtir a kef ji bo baştirkirina taybetmendiyên girîng girîng e. ji bo serîlêdanên.

Di vê xebatê de, Cf/AFS û AFS bi girêdana navrûya metalurjîk bi rêbaza metalurjiyê ya toza pakkirinê hatine amadekirin. Pêşveçûna bilbilên Cf/AFS û AFS di cih de ji hêla tîrêjên synchrotron ve hate dîtin da ku mekanîzmaya Cf-ê li ser navokî, mezinbûn û yekbûn, û aramiyê eşkere bike. Wekî din, Cf/AFS û AFS li 620 ◦C ji bo 15 hûrdeman di firna odeyê de kef kirin. Dûv re, belavkirina mezinahiya porê, mîkrostruktura porê, û taybetmendiyên mekanîkî yên pêçandî yên nimûneyên kefkirî hatin diyar kirin û ceribandin. Li ser bingeha lêkolînên jorîn, avahî û hêza pêçandî ya Cf/AFS û AFS bi rêkûpêk hate nirxandin.

2. Materyal û rêbaz

2.1. Materyalên xav

Ji bo amadekirina AFS û Cf/AFS şeş madeyên xav hatin bikar anîn: Toza Al (mezinahiya navîn: 45 μm, paqijî> 99,70%), toza Si (mezinahiya navîn: 38 μm, paqijî> 99,50%), toza Cu (mezinahiya navîn: 38 μm, paqijî > 99,90%), toza Mg (mezinahiya navîn: 75 μm, paqijî > 99,70%), toza TiH2 (mezinahiya navîn: 45 μm, paqijî> 99,70%), û fîbera karbonê ya bi sifir (navînî: 1~2 mm, qalindahiya sifir-pêçandî: 1,4 μm).

2.2. Çêkirina Cf/AFS

Skemaya rêbaza metalurjiya toza pakkirinê ya pakkirinê di nav de tê destnîşan kirinjimar 1. Di qonaxa tevlihevkirinê de, toza çargoşeya AlSi6Mg4Cu4, bi tozên Al, Si, Cu, û Mg bi rêzê bi rêjeya 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, û 4 wt% hate amade kirin. 1% wt toza TiH2 ya oksîdekirî (tedawiya germê ya li hewayê ji bo 1,5 demjimêran li 470 ◦C) wekî melzemeyek ku H2 bi lez û bez di germahiya helandinê de berdide û helandinê berfireh dike hate zêdekirin. Wekî din, 0.5% wt ji fîberên karbonê wekî qonaxên xurtkirinê hatine nav kirin. Nemaze, ji bo zêdekirina şilbûnê û pêşîlêgirtina reaksiyonên zerardar ên mîna Al4C3 di navbera helîna fîber-alumînyûmê de di dema kefkirinê de, fîberên karbonê bi riya elektrîkê ve bi sifir hatine pêçan. Pêvajoya electroplating di Refs de hate şirove kirin.jimar 2fîberên karbonê yên pêçandî yên sifir ên ku ji hêla pêvajoya paşîna bê elektronîkî ve têne wergirtin nîşan dide. Pêvek xwedan dorpêçek yekgirtî û domdar a rûbera fîberê ye(Wêne. 2(a)–(b)). Dûv re, pêkhateyên alloyek cihêreng ên ku di vê lêkolînê de hatine bikar anîn bi tevlêhevkirina tozên jorîn bi û bêyî Cf-ê di mîkserek sê-alî de ji bo 3 demjimêran hatine amadekirin. Toza bi yekrengî ya tevlihev di hundurê valahiyek vegirtî de tê vegirtin, li dûv prosedurên gerandina sar û germ.

Qonaxa gerandina sar bi rengekî bandorker hewayê ji hundurê kavilan û deverên navberî yên di navbera pirtikan de bi rêzek derbasbûnek pirjimar û depresyonên piçûk vediqetîne. Qonaxa gerandina germ piştrast dike ku pêşmerc bi hev-deformasyona panel û tozê re, ku pêvajoyek paşîn a kefkirinê hêsantir dike, dendika têkildar a ku ji% 98 zêdetir e bigihîje. Parametreyên hûrgulî yên pêvajoya avêtinê di Refs de têne diyar kirin. Pêşniyarên AFS û Cf/AFS yên kefxwar bi pêvajoya jorîn têne wergirtin. Di dawiyê de, her du pêşgirên kefxweş di 620 ◦C de ji bo 15 hûrdeman hatin germ kirin da ku nimûneyên Cf/AFS û AFS çêbikin, ku ji bo analîza mezinahiya porê, taybetmendiya mîkrostruktural, û ceribandinên taybetmendiyên mekanîkî yên pêçandî hatine bikar anîn.

2.3. Taybetmendîkirin û rêbazên testê

2.3.1. Taybetmendiya mîkrostruktural

Morfolojiya mîkrosaziyê ya Cf/AFS û AFS bi mîkroskopa elektronîkî ya şopandina emîsyona zeviyê (SEM, Zeiss Ultra Plus) ve hate lêkolîn kirin. Spektroskopiya belavkirina enerjiyê (EDS) ji bo naskirina pêkhatina qonaxên cihêreng di dîwarên hucreyê yên nimûneyên kefkirî de hate bikar anîn. Parçeyên dirêj ên nimûneyan bi qutkirina nimûneyên kefkirî bi karanîna makîneya elektro-vekêşanê (EDM, DK7745) hatin wergirtin. Li dûv vê yekê, beşên dirêj ên nimûneyan bi boyaxê hatin pêçan û dûv re bi kaxizên 800-grit û 1500-grit bi rêzê ve hatin qelandin û paqij kirin. Di dawiyê de, pîvanên hucreyê yên hevwate (Dmean) yên beşê xaça nimûneya paqijkirî bi karanîna nermalava analîzkirina wêneyê, Image Pro Plus 6.0, hate destnîşankirin.

jimar 1.Skemaya rêbaza metalurjiya toza pakkirinê ya pakkirinê.

jimar 2.Wêneyên SEM-ê yên (a) fîberên karbonê yên bi sifir, û (b) dîmenek mezinkirî ya herêmê ku bi çargoşeya sor di (a) de hatî nîşankirin, nîşan dide. Wêneyên (c) û (d) encamên EDS yên xala A di (b) de ne.

jimar 3.Diyagrama şematîkî ya sazkirina ceribandina tîrêjê ya synchrotron.

2.3.2. Bi tîrêjên synchrotron ve çavdêriyên kefkirinê yên li cih

Diyagrama şematîkî ya sazkirina ceribandina tîrêjê ya senkrotroronê tê xêzkirinjimar 3. Ceribandin li xeta tîrêjê 4W1A ya Tesîsa Radyasyonê ya Synchrotron a Pekînê (BSRF, Enstîtuya Pekînê ya Fîzîkên Enerjiya Bilind, Akademiya Zanistî ya Chineseînî, Chinaîn) hatin kirin. Berevajî wênekêşiya vekêş-berevajî ya adetî, ev kaxez wênekirina qonax-berevajî bi Çavkaniya Ronahiya Radyoya Synchrotron bikar tîne. Ev nêzîkatî bi tixûbên wênekêşiya vegirtinê ya kevneşopî, ya ku ji bo dîtina maddeyên qels vegirtinê bêbandor e, vedigire. Pêvajoya kefkirinê ya nimûneyan di hundurê firna kefkirinê ya xwerû ya sêwirandî de hate kirin, ku pencereyek çargoşe ya 15 mm ber 15 mm, ku li gorî rêgeza tîrêjê ya X-ray perpendîkular e, vedihewîne. Mezinahiya nimûneyê, wekî ku di jimar 3 de tê xuyang kirin, 15 mm × 15 mm × 2 mm e. Nimûne di qalibekî kefxwarinê de tê danîn ku ji hejmareke diyar a pelên seramîk pêk tê. Di tevahiya pêvajoya kefkirinê de, tîrêjên X-ê dikarin di nimûneyê re derbas bibin û ji hêla kamerayek cîhaza barkêş (CCD) ve têne girtin. Çavkaniya tîrêjê ya bijartî bi tundî 20 Kev xebitî, û mezinahiya dîtinê ya herî zêde 7,4 mm × 7,4 mm hate bikar anîn da ku çavdêriya berfireh a tevahiya pêvajoya kefkirinê bike.

Hêjayî gotinê ye ku nimûneyên çavdêrîkirî bi rengek perpendîkular hem ji arasteya gerok û hem jî ji hêla tangencial ve hatine danîn. Hem pêşgirên ku 0,5 wt% Cf dihewîne hem jî yên bêyî 0,5 wt% Cf panelên wan ên kêlekê ji her du aliyên nimûneyan bi karanîna EDM hatine rakirin. Bandora Cf li ser taybetmendiyên kefkirina kefiya aluminiumê hate lêkolîn kirin. Wekî din, pêşgirên bi pêkhateyên cihêreng di heman firna germkirinê de di germahiya pêşwext ya 620 ◦C de kef kirin.

2.3.3. Testa taybetmendiyên mekanîkî yên compression

Nimûneyên pelçiqandinê ji hêla EDM ve di nav nimûneyên cylindrîkî yên bi bilindahiya 23 mm û bi dirêjahiya 20 mm ve hatin qut kirin, û her rêgez hate piştrast kirin ku bi kêmî ve 10 porên bêkêmasî tê de hene da ku ji bandora mezinbûnê dûr nekevin. Testên tîrêjê yên qehwe-statîk li gorî standardên ISO13314-2011 û GB/T31930-2015, bi karanîna makîneyek ceribandina materyalê ya gerdûnî ya elektronîkî ya AG-XPLUS-ê ku bi kapasîteya barkirina herî zêde 100 KN bikar tîne, hatine kirin. Sê nimûne ji bo her komê hatin ceribandin, û kelûpelên zext-teşengiya zextê yên di vê kaxezê de encamên navîn ên ku ji sê nimûneyên ceribandinê hatine wergirtin temsîl dikin. Hemî ceribandin di bin kontrola jicîhûwarkirinê de hatin kirin, di germahiya odeyê de leza xaçerê ya domdar 2 mm/min (li gorî rêjeya çewisandina destpêkê ya 10− 3 s− 1) berdewam kirin.

jimar 4.Wêneyên tîrêjê yên senkrotroron ên dem-pêşketî yên pêvajoya kefkirinê ya Cf/AFS: (a) pêşgira neqefkirî di t0 gavê de 380 ◦C; (b)–(c) di dema helandina pêşgotinê de helandina sifirê hêmanan û nûkleasyona tîpa II; (d) – (g) pêvajoyên nûkleerî û mezinbûna heterojen ên bilbilan; û (h)–(i) bilbil li hev dikevin û diqelibin.

3. Encam û nîqaş

3.1. Di bin tîrêjên synchrotron de tevgera kefkirinê di cîh de

3.1.1. Pêşveçûna kef a Cf/AFS

jimar 4rêzek wêneyên tîrêjê yên synchrotron ku pêvajoya kefkirinê ya Cf/AFS nîşan dide nîşan dide. Wêneyên orîjînal ên Cf/AFS(Wêne. 4 (a))dema ku matrix di 380 ◦C de di rewşa hişk de bû hatin girtin, û ev dem wekî t0 hate danîn. Li gorî hêmanên din ên di pêşgotinê de, Cf di nav matrixa dewlemend-aluminium-a bi piranî gewr de reş xuya dike. Ev dikare ji ber naveroka sifir a bilind a li ser rûbera fîberê, wekî ku tê xuyang kirin, were hesibandinWêne 2(c)–(d), ku xwedan girseya atomê ya herî mezin e ku li gorî pêkhateyên din ên pêşgir heye. Wekî din, pirraniya Cf wekî ku di pêşangehê de tê xuyang kirin, li şûna ku li hev kom bibin, belav bûne û ji hev cuda têne dîtin.Wêne 4(a). Ev tê vê wateyê ku bi zêdekirina 0,5 wt% Cf, pêvajoyek 3 demjimêran hejandin dikare bi bandor bigihîje rewşa belavbûna xwestî.

Li t0+194s (wek ku tê dîtinWêne 4(b)), di matrixa alumînyûmê ya gewr de (bi tîra sor hatiye nîşankirin) hejmareke girîng ji bilbilên spî, hema hema sferîkî yên bi pîvazên ji 90 μm heta 180 μm têne dîtin. Hejmara kulîlkan di nav 46 s de berdewam kir, wekî ku tê xuyang kirinWêne 4(c). Wekî din, guherînek din a balkêş a ku di matrixê de pêk tê ev e ku bi destpêkirina hilweşandina Cu (bi qutiya xalîçeya sor ve hatî destnîşan kirin) li ser rûyê Cf-yê hin gulikên piçûk çêdibin. Ev diyarde îhtîmal e ku ji nûkleasyona tîpa II ya ku di nav kompakta toza ku dihewîne sifir de çêdibe ve tête girêdan. Bi berfirehî tê pejirandin ku lêzêdekirina Cu germahiya helandina alloyan bi girîngî kêm dike. Ev dibe sedema helîna herêmî ya li dora perçeyên toza ferdî yên di pêşbera toza ku di pêvajoya germkirinê de toza sifir tê de heye, di germahiyên kêmtir de helîna eutectic çargoşeya Al-Si-Mg-Cu çêdike. Hewza helandinê ya eutektîk a çaralî meyldar e ku di alemê de herêmek qels be û ji nûkleerbûnê re bêtir meyla ye. Wekî encamek, bilbilan bi îhtimaleke mezin çêdibin û li nêzê sifir-pêçayî li ser rûbera fîberê mezin dibin. Wekî din, di vê gavê de perçeya kêm şil a di matrixê de dibe sedem ku gazên ji perçebûna TiH2 bi hêsanî di matrixa aluminiumê de kom bibin. Nûjenkirina Tîpa II dikare bi bandor ji gaza berhevkirî dûr bikeve ku matrixa perçeya şilavê ya kêm ji hev veqetîne û şikestinan di nav şilekê de belav bike, ku di encamê de dibe sedema windabûna giran a mîqdara hîdrojenê.

Wêne 4(d)nîşan dide ku bilbil di destpêkê de nûkleer dibin û li herêma Cf mezin dibin ji ber ku matrix bi tevahî dihele, û cîhên bilbilê bi qata bi sifir a windabûyî re têkildar in (bi qutiya xalîçeya sor tê nîşankirin). Baş tê destnîşan kirin ku lêzêdekirina qonaxên duyemîn jimara deverên nûkleerî yên heterojen zêde dike, bi vî rengî astengiya enerjiyê ya ji bo damezrandina bilbilên nû di nav helîna alloyê de kêm dike. Di vê navberê de, rêjeya nucleasyonê bi tevahî qada navokî ya heterojen a li ser yekîneya volume ve girêdayî ye. Ji ber vê yekê, meriv dikare were dîtin ku bilbil di destpêkê de li cîhên ku fîberên karbonê lê ne diqelibin û bi dirêjahiya fîbera karbonê ve berfireh dibin. Bi zêdebûnek din a perçeya helandinê re, gelek bilbilên nû ji wan derdikevinFig. 4(e)–4(g). Lêbelê, rêjeya yekbûna herêmî û şikestina bilbilan hêdî ye, ev destnîşan dike ku bilbil xwedan îstîqrara bilind in. Li t0 + 426s, hejmara kulîlkan pir zêde dibe, û

qebareya pêşgotinê berfirehbûnek mezin nîşan dide(Hêjîra 4(h)). Digel vê yekê, rûdana hin tevhevbûna bilbilan (bi tîra sor tê nîşankirin), ku gulikên piçûk ji ber mezinbûna Ostwald ji hêla mezinan ve têne vegirtin, di dema pêşkeftina kefên metalîkî de pêvajoyek neçar e [40]. Ev diyardeya mezinbûnê di heman demê de dibe sedema xuyangkirina hejmarek piçûk ji bilbilên mezin û nerêkûpêk (bi tîra sor liFig. 4(i)).

jimar 5.Wêneyên dem-pêşverû yên pêvajoya kefkirina AFS-ê di qonaxên cihêreng de: (a) pêşgira nehelkirî di t0 gavê de 380 ◦C; (b) di dema helîna pêşgir de hilweşandina sifir elementan û nûkleasyona celeb II; (c) pêvajoyên nucleasyon û mezinbûna bilbilan; û (d)–(f) bilbil li hev dikevin û diqelibin.

3.1.2. Pêşveçûna kef a AFS

Xiflteya 5 rêzek wêneyên tîrêjê yên synchrotron destnîşan dike ku pêvajoya kefkirinê ya AFS-ê destnîşan dike. Mîna Cf/AFS, wêneyê destpêkê ji bo rêzika tîrêjê ya synchrotron hate kişandin dema ku AFS di 380 ◦C de di qonaxa hişk de bû (binêreFig. 5(a)). Dema ku matrix li ser germahiya solidus tê germ kirin, pêlên spî yên piçûk tê de xuya dibinjimar 5(b) û (c), ji ber hilweşîna TiH2 û rûdana nûkleasyona tîpa II li herêma Cu-dewlemend pêk tê. Lêbelê, hejmara kulîlkên ku têne hilberandin û tîrêjiya belavkirina wan di nav deFig. 5(c)bi taybetî kêmtir e li gorîWêne 4(c). Ev pêşnîyar dike ku Cf/AFS ji bo berdana gazê ya zû di dema nûkleerî de kanalên zêdetir peyda dike, pêşî li çêbûna zêde şikestinan di matrixa aluminiumê de bi perçeya şilî ya kêm digire.

Ji Cf / AFS re hejmareke hindiktir cîhên nûjenkirina AFS-ê û îhtîmalek mezin a mezinbûna anormal a ne normal li gorî Cf / AFS dikare were dîtin.Wêne 5(d)–(f). Pêşveçûna bilbilên AFS nerêkûpêk e, û mezinahiyên wan guheztinên berfereh nîşan didin ji ber hevjiyana hem bilbilên bi mezinahiya mîkrometre û hem jî bilbilên mezin ên bi pîvana mîlîmetreyî ne normal (bi tîra sor hatine nîşankirin). Digel vê yekê, ev bêîstîqrar û nehomojenî di dema pêvajoya nûjenkirina zû de dikare bibe sedema cûdahiyên girîng di avahiya pora paşîn û taybetmendiyên mekanîkî yên di navbera AFS û Cf/AFS de.

3.2. Analîza makrostrukturê

Ji bo vekolîna cûdahiyên di morfolojiya pora makroskopîk û pîvana porê de di navbera AFS û Cf/AFS de, du strukturên sandwichê di bin şert û mercên laboratîfê de li germahiya kefkirinê ya 620 ◦C ji bo 15 hûrdeman hatin amadekirin. Makrostruktur û dabeşkirina mezinahiya hucreyê ya AFS û Cf/AFS di nav de têne destnîşan kirinWêne 6. Berawirdkirina beşên vertîkal ên du nimûneyên strukturên sandwichê diyar dike ku kefên Cf/AFS şaneyên hûriktir û kêmasiyên kêm ên wekî şkestin an yekbûna hucreyan hene (binêreFig. 6 (b)). Berevajî, wekî ku tê xuyang kirinFig. 6(a), AFS bi hebûna hin porên mezin ên ne normal homojeniya porê ya belengaz nîşan dide. Di vê navberê de, pîvana porê ya wekhev ji bo AFS û Cf/AFS bi rêzê ve 2,9 ± 0,2 mm û 1,9 ± 0,1 mm bû, ku destnîşan dike ku bi lêzêdekirina Cf-ya porê bêtir hatî paqij kirin (binêreHêjmara 6(c) û (d)).

Pêşveçûna avahiya porê ji hêla du mekanîzmayên pêşbaziyê ve tê bandor kirin: hilweşandina TiH2 û yekbûn û hilweşîna kef. Parzûnbûna TiH2 dibe sedema zêdebûna hejmara navokî, porozbûn, û rêjeya berfirehbûnê, di heman demê de yekbûn û şkandina bilbilan hêjmara poran kêm dike û pîvana poran zêde dike. Kêmkirina tevhevbûn û şikestinên bulbikê beşdarî bidestxistina avahiyek hucreyî ya çêtir dibe. Ji ber vê yekê, îstîqrara bilind a kef hewce ye ku homojeniya avahiya porê di dema pêvajoya kefkirinê de biparêze. Ji bo Cf / AFS, lêzêdekirina Cf şilbûna fiberan bi helîna aluminiumê re pir çêtir dike. Mîna kefiya aluminiumê ya bi Cf a raporkirî [44] ku bi rêbaza kefkirina helandinê hatiye amadekirin, lêzêdekirina Cf kefiya aluminiumê stabîl dike bi rêgirtina li şikestina dîwarê hucreyê û kêmkirina kombûnê. Di vê navberê de, Cf dikare di dîwarê hucreyê de avahiyek torê-wek biafirîne, ku hêzek veqetandinê çêdike û pêşî li şikestina kulîlkan digire, bi vî rengî, strukturên hucreyê, aramiya kef, û yekdestiya belavkirina porê baştir dike.

3.3. Taybetmendiya mîkrostruktural

Fig. 7(a)piştî kefkirina bi AFS re mîkrosaziya dîwarê şaneyê nîşan dide. Wekî ku ji bo kefên aligirê AlSi6Cu4Mg4 tê ragihandin, eutectic Al–Si, Mg2Si, Al2Cu, û Al5Cu2Mg8Si6, di alloyeyê de hene, ku bi dîtinên ku ji analîza EDS-ê hatine wergirtin re lihevhatî ye.Fig. 7 (b). Van qonaxên zirav taybetmendiyên mekanîkî yên kefa aluminiumê bi qelskirina dîwarê porê an jî di dema deformasyonê de wekî çavkaniyek şikestinan kêm dikin. Ji ber vê yekê, zêdekirina taybetmendiyên mekanîkî yên dîwarê porê bi lêzêdekirina qonaxên xurtkirinê stratejiyek maqûl û bi bandor e.

Ji bo Cf / AFS, ew dikare ji were dîtinFig. 7(c) û (d)ku Cf di hundurê dîwarê hucreyê de an li kêleka dîwarê hucreyê tê belav kirin, ev destnîşan dike ku Cf bi helîna aluminiumê re şilbûnek hêja heye. Wekî din, ew berbiçav e (binihêreWêne 7(d)) ku mîqdarek hindik a qonaxa barkirî Al2Cu li navbera di navbera fiber û helîna aluminiumê de çêdibe. Ev diyarde ji bo bidestxistina pêwendiyek bihêz di navbera fiber û matrixê de dibe alîkar. Pêşveçûna vê reaksiyona belavbûnê dikare bi têgihîştî were dîtinWêne 4(a)–(c). Bala xwe bidinê ku, qonaxa barkirî bi tevahî fîberên karbonê dorpêç nake, û rewş û mîqdara vê dabeşkirinê ji bo Cf / AFS sûdmend e. Li ser bingeha lêkolîna Lv et al, li ser materyalên pêkhatî yên matrixa aluminum-ê ya bihêzkirî Cf, hate destnîşan kirin ku mîqdara guncaw a qonaxa barkirî dikare bandorê li hêza girêdana navberê bike û birêkûpêk bike.

Wêne 6.Beşên vertîkal ên nimûneya nûner (a) AFS û (b) Cf/AFS. Pîvana hevseng a pîvana li hember perçeyên herêmê yên ku bi (a) û (b) re têkildar in, bi rêzê di (c) û (d) de têne xuyang kirin. Xeta domdar a hişk di (c) û (d) de guncana log-normal temsîl dike. Regression (R2) qenciya fitneyê temsîl dike.

Wêne 7.Wêneyên SEM (a) û (b) mîkrostrukturên têkildar nîşan didinWêne 6(a) AFS ûWêne 6(b) Cf/AFS, bi rêzdarî, bêtir,Wêne 7(b) û (d) mezinkirinên herêmî yên nîşan bidinWêne 7(a) û (c), bi rêzê ve.

3.4. Mekanîzma Cf stabîlkirina kef Al–Si–Mg–Cu

Li ser bingeha analîza jorîn, temsîlek şematîkî ya mekanîzmaya kefkirinê ji bo Cf/AFS û AFS di nav de tête kurt kirin.Wêne 8. Cûdahiyên girîng di navbera Cf / AFS û AFS de di qonaxa nuklekirinê de, mezinbûna bulbikê, û qonaxa yekbûnê, û qonaxa hişkbûna hêdî-hêdî, wekî ku diFig. 8(a) û (b).

Wêne 8.Diyagrama şematîkî ya tevgera kefkirina Cf/AFS û AFS: (a) Cf/AFS; û (b) AFS.

Di qonaxa nuklekirinê ya kefên aligirê AlSi6Cu4Mg4 de, bilbil di nav eutektîka çargoşeyî ya şil a li dora pariyên sifir de ne, li şûna ku li cîhê keriyên TiH2 bi navokî çêdibin, meyla dikin. Ev celeb nûkleerî li devera herî qels a pêşbirkê (nukleasyona celeb II) bêtir kanalên revê ji gazên ku ji ber hilweşîna TiH2 têne berdan peyda dike, ji berhevkirina gazan dûr dikeve û dibe sedema belavbûna şikestinan di helîna aluminiumê de. Zêdekirina fîberên karbonê yên bi sifir vegirtî xuya ye ku bêtir kanalan ji bo berdana H2 diafirîne. Lêbelê, ji ber ku helîna aluminiumê di vê qonaxê de xwedan perçeyek şilî ya têr nîne, dijwar e ku gulikên wusa piçûk bibin xwediyê çavkaniyek têr a H2 ku mezinbûna xwe bidomînin. Wekî encamek, ev kulîlkên piçûk di hundurê helandinê de her ku germahî zêde dibe diherikin. Dema ku pêşgir bi tevahî were helandin, H2-ya ku ji reaksiyona dehîdrojenkirina tund a TiH2 hatî berdan dê li ser bingeha xala navokê bi lez mezin bibe. Cf ji bo hilberîna bilbilan gelek cihên nucleasyonê yên heterojen peyda dike, ku rêjeyên nucleasyonê pir zêde dike. Di heman demê de, hebûna Cf bi bandor têkilî û yekbûna gulikên seretayî asteng dike û ji çêbûna kulîlkên mezin ên anormal dûr dixe.

Di qonaxa mezinbûn û yekbûna bilbilan de, lêzêdekirina Cf bi girîngî aramiya kefê baştir dike. Sedem ev e ku Cf û helîna aluminium xwedan şilbûnek baş e, û fîber dikarin bi hêsanî di navbera du navberên gaz-avî de werin girtin da ku avahiyek torê ava bikin (wek ku diFig. 7(c)). Ji ber ku fîlima şil tê zirav kirin, fîber dikarin zextek veqetandinê çêkin da ku li hember şûştinê ji sînorê deştê bisekinin, bi vî rengî pêşî li perçebûna fîlima şil digire. Ji ber vê yekê Cf/AFS li gorî AFS hewceyê demek dirêjtir kefkirinê ye, bi îstîqrara bilindtir ku dikare di dema pêşkeftina kefê de yekrengiya avahiya porê biparêze.

Di qonaxa hişkbûna hêdî de, gulikên di Cf/AFS de nema mezin dibin û fîber di hundurê dîwarê hucreyê de (bi qutiya xalîçeya sor têne nîşankirin) têne bicîh kirin. Ev ragirtina rîşan rê li ber vegirtina bilbilên piçûk ji hêla yên mezin ve digire, wekî ku di mazinbûna Ostwald de tê dîtin, û şikestina dîwarê hucreyê ji ber berfirehbûna hişkbûnê asteng dike. Wekî encamek, Cf / AFS li gorî AFS avahiyek porek homojen û kêm kêmasiyên porê nîşan dide.

3.5. Taybetmendiyên mekanîkî

Kevirên zext-çenga zextê yên ji bo Cf/AFS û AFS bi hema hema heman poroziyê (bi rêzê ve 83,2% û 81,4%) di nav de têne pêşkêş kirin.Wêne 9(a). Kûçika zext-çenga pêçandî taybetmendiyek sêqonaxa diyar nîşan dide, ku ji herêma elastîk a xêzkirî, herêma deştê, û herêma dendikê pêk tê. Hêza hilberandina zextê ya AFS û Cf/AFS bi rêzê 8,44 MPa û 11,87 MPa bû. Hêza hilberandina zextê ya Cf / AFS li gorî AFS% 40,6 zêde bû. Di vê navberê de, kapasîteya vegirtina enerjiyê ya Cf / AFS ji ya AFS-ê di heman tengahiyê de çêtir e, wekî ku diWêne 9(b). Kapasîteyên kişandina enerjiyê yên AFS û Cf/AFS bi rêzê ve bi qasî 3,3 MJ/m3 û 6,1 MJ/m3 ne. Kapasîteya vegirtina enerjiyê ya Cf / AFS li gorî AFS% 84,8 çêtir dibe.

Wêne 9.Kûçikên trêna stresê yên pêçandî û kapasîteya vegirtina enerjiyê ya Cf/AFS û AFS: (a) Kûrên trêna stresê yên zextî; (b) kêşeyên kapasîteya vegirtina enerjiyê.

Tevlêbûna Cf bi girîngî taybetmendiyên mekanîkî yên navika kef zêde kir. Tê zanîn ku taybetmendiyên mekanîkî yênkef aluminiumji nêz ve bi avahiya pore û taybetmendiyên mekanîkî yên stûyê ve girêdayî ne. Analîza makrostruktural destnîşan kir ku lêzêdekirina Cf mezinahiya porê xweş dike, belavkirina porê çêtir dike, û kêmasiyên porê kêm dike. Dişibin vedîtinên Sasikumar et al. û Yangetal. Dirêjahiya porê ya piçûk û dabeşkirina pora teng ji bo zêdekirina hêza pêçandî û karîgeriya vegirtina enerjiyê sûdmendtir e. Digel vê yekê, bandora mîkrostrukturê li ser taybetmendiyên mekanîkî yên kefiyê bi giranî ji ber Cf-ya ku di dîwarên porê yên kefiyê de cih digire ye. Belavbûn û hilweşandina tîrêjên sifir ên fîberên karbonê yên di matrixa aluminium de dikare girêdanek navbeynkar a zexmtir di navbera fiber û matrixa aluminium de bi dest bixe, ku beşdarî veguheztina barkirinê dibe. Fîbera karbonê ya modulusa bilind a ku di dîwarê porê de hatî vegirtin dikare deformasyona dîwarê porê di bin barkirina barkirinê de sînordar bike û kapasîteya hilgirtina barkirinê baştir bike. Hemî van faktoran Cf / AFS ji bo bidestxistina hêza hilberîna bilind û kapasîteya vegirtina enerjiyê li gorî AFS-ê digirin.

4. Encam

Di vê xebatê de Cf/AFS û AFS bi rêbaza metalurjiyê ya toza pakkirinê hatine amadekirin. Tevgera kefkirinê ya Cf/AFS û AFS bi dînamîk bi tîrêjên synchrotron ve hate dîtin.

bandora Cf li ser navokî û mezinbûna bilbilê lêkolîn bikin. Digel vê yekê, Cf li ser morfolojiya pore, belavkirina pore, û taybetmendiyên kompresyonê yên kefên aluminiumê bi tevahî hate analîz kirin. Encamên sereke wiha ne:

(1) Radyasyona Synchrotron di çavdêriyên cihê de diyar dike ku hem pêvajoyên kefkirinê yên Cf/ AFS û AFS sê qonaxên cihêreng nîşan didin: navokkirina bilbilê, mezinbûn û yekbûn û hevgirtinê, û hişkbûn.

Li gorî AFS-ê, pêvajoya kefkirinê ya Cf / AFS îstîqrara bilindtir û yekrengiya bilbilê nîşan dide. AFS di pêvajoya pêşkeftina porê de bêtir meyldar e ku porên ne asayî mezin û qelew çêbike. Wekî din, cihêrengî bi bandora nûjenkirina heterojen a Cf-yê ve tê veqetandin, ku pêşî li şikestina dîwarê bilbilê digire û hevgirtinê kêm dike dema ku rêjeya navokê zêde dike.

(2) Zêdekirina 0,5 wt.% Cf, pîvana porê ya wekhev ji 2,9 ± 0,2 mm berbi 1,9 ± 0,1 mm paqij dike, bi girîngî kêmasiyên porê yên hişk kêm dike. Di heman demê de, mîkrostruktur şilbûna baş a Cf-ê, ku li ser dîwarê pore û navgîniya gaz-zelal tê belav kirin, eşkere dike, bi vî rengî aramiya kef zêde dike.

(3) Li gorî AFS-ê, hêza hilberandina zextê û kapasîteya vegirtina enerjiyê ya Cf / AFS bi rêzê ve bi qasî% 40.6 û 84.8% zêde bû. Encamên vê lêkolînê dikare ji bo xurtkirina panelên sandwichê yên kef aluminum-ê bi navgînên girêdana metalurjîk ên ku xwedan potansiyela serîlêdanên endezyariyê di warê pîşesaziyên otomotîv û hewayê de ne, ramanan peyda bike.

Gotar ji Kovara Lêkolîn û Teknolojiyê ya Materyal